一种基于曲率的二维目标轮廓的编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模式识别中物体形状识别领域，具体涉及一种基于曲率的二维目标轮 廓的编码方法。
【背景技术】
[0002] 为了能更好地识别目标的形状，编码方法对于目标的刚体变化要具有不变形，而 且同时尽可能多的保持目标的原有信息。目前常用的编码方法有利用位置坐标和链码描述 目标物体轮廓信息的编码方法和基于傅里叶描述子边界描述方法。而利用位置和链码描述 目标物体轮廓信息的方法在物体发生刚体变化时，目标的编码会发生较大的改变，对目标 重建造成很大的阻碍;基于傅里叶描述子边界描述方法对目标物体刚体变化具有不变性， 但是需要进行复杂的傅里叶运算，在实现不变性的归一化的同时会丢失一些信息，而且会 受到选择的起始点的影响。此外，轮廓不变矩描述方法、自回归模型法、几何相关函数法和 神经网络法随都能描述目标物体的轮廓边界信息，但是会造成大量信息的丢失，不利于对 轮廓曲线的恢复。
[0003] 然而微分几何在目标物体刚体变化中刚体轮廓像素点之间的相对位置不变，即刚 体变化的不变性。在此基础上提取各像素点的曲率，对目标物体轮廓进行编码，以此来达到 计算简单，信息丢失少和方便重建的目的。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于曲率的二维目标轮廓 的编码方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] -种基于曲率的二维目标轮廓的编码方法，包括如下步骤：
[0007] S1平面闭合曲线起始点的确定，定义给定平面闭合曲线C:r = r(s) = {x(s)，y (s)}，令起始点PQ(XQ，y〇)，x〇=max{x I (x，y) EC}，y〇=min{y |x = x〇, (x，y)EC}，定义逆时针 为曲率提取运动的正方向；
[0008] S2平面闭合曲线曲率符号的确定，曲率表示某点P的弯曲程度，是非负值，定义曲 线C:r = r(s)上的邻近两点Pi(s+A s)和P2(s_A s)作线段P1P2,当Δ s-0时，若线段P1P2在目 标轮廓闭合曲线内，则为正;若线段PiP2在目标轮廓闭合曲线外，则为负;其他情况，则为〇;
[0009] S3将给定的目标平面闭合曲线轮廓边缘离散化，并以逆时针排列的像素点坐标 ?0，卩1，'"，？〃来描述目标轮廓，其中？() = ?^
[0010] S4平面曲线离散后，将相对位置平均分为12个方向，每相邻两个方向之间的夹角 是30度，以水平正方向的编码为0,依次每隔30度的，按照逆时针方向编码为1-11，设P n为原 点0点，则Pn-i，Ρη+4ΡΡη三点的位置关系有12种可能，方向编码为0-11，用数字序列a nbn表示 它们之间的关系。
[0011]根据离散点曲率近似公另
I到平面曲线离散各
[0012]个点的曲率，其中α是pn-bPw两点切线的夹角，pn-此是p n-hPn两点间的距离， PJV^Pn、Pn+1两点间的距离，设像素点间的长度计算Δ1为：当i/3 = 0时，Δ1 = 1;当i/3 = 1、2时，Δ1= (7力)/3 (iG N，0$15 7)根据上述曲率计算与？11-1?1^+1的位置关 系，将132种可能性归纳成六种情况，每个曲率用一个数字代替；
[0013] S5将各个点曲率存放在线性表内，第一个元素为起始点的方向位，从第二个元素 开始，依次存放Pi，P2，…，Pn各点曲率;所述起始点的方向位有5种可能，其方向编码为4、5、 6、7、8，本方法用2、1、0、-1、-2分别对应其5个方向编码作为初始编码；
[0014] S6曲率重建，根据编码的方式及存储在线性表内的曲线的曲率信息，得出下一个 点的位置对应关系。
[0015] 所述S4中根据上述曲率近似公式得出六种情况下的曲率描述，具体为：当切线夹 角成30度时，数字序列差为1，曲率编码为5;当切线夹角成60度时，数字序列差为2,曲率编 码为4;当切线夹角成90度时，数字序列差为3,曲率编码为3;当切线夹角成120度时，数字序 列差为4,曲率编码为2;当切线夹角成150度时，数字序列差为5,曲率编码为1;当切线夹角 成180度时，数字序列差为6,曲率编码为0。
[0016] 所述S6中先确定起始点Po，利用方向位确SPi的位置，将线段PoPi的方向记为an，得 到对应关系确定b n的方向，直到n = N为止。
[0017]所述方向序列anbn表示Ρη-χ,Ρη,Ρηπ间的关系，1^是离散点的曲率，则分析各种情况 下的数字序列(an，kn)，归纳出bn与(an，k n)之间的对应关系如下：当an+kn = 6时，bn为0;当an+ kn = 7或-5时，bn为 1;当an+kn = 8或-4时，bn为2;当an+kn = 9或-3时，bn为3;当an+kn= 10或-2 时，bn为4;当an+kn= 11或-1时，bn为5;当an+kn= 12或0时，bn为6;当an+kn = 13或1 时，bn为7; 当an+kn= 14或2时，bn为8;当an+kn= 15或3时，bn为9;当an+kn= 16或4时，bn为10;当an+kn= 17 时，bn为0。
[0018] 所述平面曲线离散后，将相对位置平均分为12个方向，每相邻两个方向之间的夹 角是30度，以水平正方向即与水平方向成0度的方向的编码为0,依次每隔30度的，按照逆时 针方向编码为1-11，方向编码为1即与水平方向成30度，方向编码为2即与水平方向成60度， 方向编码为3的方向即与水平方向成90度，方向编码为4的方向即与水平方向成120度，方向 编码为5的方向即与水平方向成150度，方向编码为6的方向即与水平方向成180度，方向编 码为7的方向即与水平方向成210度，方向编码为8的方向即与水平正方向成240度，方向编 码为9的方向即与水平方向成270度，方向编码为10的方向即与水平方向成300度，方向编码 为11的方向即与水平方向成330度。
[0019] 本发明的有益效果：
[0020] 本发明相比于现有的编码方法具有提取边缘信息方法简单，存储量小，重建方便 的特点。在目标匹配中，可以较好地进行平面曲线轮廓匹配，而且可以很好地解决有遮挡情 况下的匹配问题。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明的工作流程图；
[0022]图2是本发明的曲率近似计算示意图；
[0023]图3是本发明的二维目标轮廓离散后相邻点间的位置方向关系图；
[0024]图4是本发明的曲线重建流程图；
[0025] 图5是本发明实施例当bn=0时的数字序列(an，kn)的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0027]实施例
[0028] 如图1所示，一种基于曲率的二维目标轮廓的编码方法，包括如下步骤：
[0029] S1平面闭合曲线起始点的确定，定义平面闭合曲线C:r = r(S) = {X(S)，y(S)}，令 起始点P〇(x〇，y。），x〇 = max{x| (x，y) ec}，y〇=min{y |x = x。，（x，y) EC}，定义逆时针为曲率 提取运动的正方向。即对目标轮廓曲线选取横坐标最大，纵坐标最小的像素点作为曲率提 取的起始点，逆时针方向为正方向。
[0030] S2平面闭合曲线曲率符号的确定，曲率表示某点P的弯曲程度，是非负值，定义曲 线C:r = r(s)上的邻近两点Pi(s+A s)和P2(s_A s)作线段P1P2,当Δ s-0时，若线段P1P2在目 标轮廓闭合曲线内，则为正;若线段PiP2在目标轮廓闭合曲线外，则为负;其他情况，则为〇;
[0031] S3将给定的目标平面闭合曲线轮廓边缘离散化，并以逆时针排列的像素点坐标 ?0，卩1，'"，？〃来描述目标轮廓，其中？() = ?^
[0032] S4如图3所示，平面曲线离散后，将相对位置平均分为12个方向，每相邻两个方向 之间的夹角是30度，以水平正方向即与水平方向成0度的方向的编码为0，依次每隔30度的， 按照逆时针方向编码为1-11，方向编码为1即与水平方向成30度，方向编码为2即与水平方 向成60度，方向编码为3的方向即与水平方向成90度，方向编码为4的方向即与水平方向成 120度，方向编码为5的方向即与水平方向成150度，方向编码为6的方向即与水平方向成180 度，方向编码为7的方向即与水平方向成210度，方向编码为8的方向即与水平正方向成240 度，方向编码为9的方向即与水平方向成270度，方向编码为10的方向即与水平方向成300 度，方向编码为11的方向即与水平方向成330度。